Galaxii cu o formă „matură" de acum 11,5 miliarde de ani

O echipă internaţională de astronomi, condusă de doctorandul BoMee Lee şi conducătorul ei de proiect, Mauro Giavalisco, de la University of Massachusetts Amherst, a studiat evoluţia şi structura galaxiilor, prin utilizarea telescopului spaţial Hubble.

Aceştia au stabilit că aspectul matur al galaxiilor a apărut mult mai devreme decât s-a crezut anterior, atunci când Universul avea o vârstă de aproximativ 2,5 miliarde de ani (cu aproximativ 11,5 miliarde de ani în urmă). „Observarea unor galaxii de această formă, aflate la o distanţă în timp atât de mare, este o descoperire importantă", afirma Lee, autorul principal al studiului.

Echipa a utilizat două camere de observare, Wide Field Camera 3 (WFC3) şi Advanced Camera for Surveys (ACS), plus observaţiile efectuate de Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) a telescopului spaţial Hubble, cel mai mare proiect din istoria observaţiilor astronomice ce conţine un număr de 902 orbite, alocate în timpul de observaţie, pentru a explora formele şi culorile galaxiilor îndepărtate, aflate de-a lungul a mai mult din 80 la sută din istoria Universului. Rezultatele apar în ediţia online a Astrophysical Journal.

Astronomii arată galaxii care au avut o formă „matură" în urmă cu 11,5 miliarde de ani. În această imagine se arată o „felie" din Univers din urmă cu 11 miliarde de ani. Observaţiile realizate cu ajutorul telescopului spaţial Hubble descriu şi clasifică galaxiile, în funcţie de morfologia lor spaţială, în galaxii spirale (S), eliptice (E) şi lenticulare (S0). Galaxiile din stânga aceastei imagini sunt eliptice, cele lenticulare se află în mijloc iar cele în formă de spirală se află în partea dreaptă. Galaxiile spirale aflate în partea de jos sunt de tip barat. Galaxiile aflate la aceste distanţe de noi sunt mici şi se află încă în proces de formare. Această imagine este ilustrativă, imaginile Hubble utilizate au fost selectate pe baza aspectului galaxiilor. Distanţele până la aceste galaxii sunt doar aproximative.
Credit: NASA, ESA, M. Kornmesser

Lee a subliniat faptul că imensa bază de date oferită de CANDELS a permis echipei sale să analizeze un număr mare din aceste galaxii, un total de 1671, mai mult decât s-a făcut vreodată, în mod constant şi în detaliu. „Rezoluţia deosebită şi sensibilitatea WFC3 a reprezentat o mare resursă, utilizabilă de către noi, în scopul de a studia, în mod constant, galaxiile vechi din Universul timpuriu", spune Lee.

Ea şi colegii săi confirmă, pentru o perioadă de timp mai timpurie decât oricând, că formele şi culorile acestor galaxii tinere, extrem de îndepărtate, se potrivesc cu sistemul de clasificare vizuală al galaxiilor, introdus în anul 1926 de către Edwin Hubble şi cunoscut sub numele de secvenţa Hubble. Acesta clasifică galaxiile în două grupe principale: eliptice şi spirale, galaxiile sub formă lenticulară constituind o etapă de tranziţie. Sistemul de clasificare se bazează pe capacitatea galaxiilor de a forma stele care, la rândul lor, determină culoarea, forma şi mărimea acestora.

De ce galaxiile actuale sunt împărţite în aceste două tipuri principale şi ce a cauzat această diferenţiere, este o întrebare de mare importanţă în cosmologie, spune Giavalisco. „O altă piesă a puzzle-ului este că noi încă nu ştim de ce astăzi galaxiile eliptice „roşii şi moarte" sunt vechi şi se află în imposibilitatea de a forma stele, în timp ce galaxiile spirale, ca propria noastră galaxie Calea Lactee, încă formează stele noi. Acesta nu este doar un sistem de clasificare, acesta corespunde unei diferenţieri importante în ceea ce priveşte proprietăţile fizice ale galaxiilor şi a modului cum acestea s-au format".

Această imagine prezintă „felii" din Univers aflate la momente diferite din istoria sa (în prezent şi cu 4 şi, respectiv, 11 miliarde de ani în urmă). Fiecare felie prezintă etape din evoluţia galaxiilor şi arată modul în care apar galaxiile din fiecare tip. Forma galaxiilor respectă clasificarea din diagrama Hubble, care descrie şi clasifică galaxiile, în funcţie de morfologia lor spaţială, în galaxii spirale (S), eliptice (E) şi lenticulare (S0). În partea din stânga a aceastei diagrame se află galaxiile eliptice, cele lenticulare se află la mijloc iar galaxiile spirale se află în partea dreaptă. Galaxiile spirale aflate în partea de jos sunt de tip barat.
Credit: NASA, ESA, M. Kornmesser

Lee adaugă, „Această clasificare a reprezentat o întrebare cheie: când şi în ce interval de timp s-a putut forma secventa Hubble? Pentru a răspunde la această întrebare, este necesar să analizaţi galaxiile îndepărtate şi să le comparaţi cu rudele lor aflate mai aproape, pentru a vedea dacă ele pot fi descrise în acelaşi mod. Secvenţa Hubble stă la baza a ceea ce noi ştim despre modul cum galaxiile se formează şi evoluează în timp. Se pare că noi putem arăta că această secvenţă exista deja cu 11,5 miliarde ani în urmă".

Galaxiile masive, precum Calea Lactee, sunt relativ rare în Universul timpuriu. Lipsa datelor cu privire la aceste galaxii, inexistenta unui eşantion suficient de mare conţinând galaxii mature, a împiedicat studiile anterioare să poată descrie, în mod adecvat, caracteristicile lor. Galaxiile timpurii par a fi sisteme în cea mai mare parte neregulate, fără a avea o morfologie clar definită. Există galaxii ce formează stele albastre care conţin, uneori, structuri cum ar fi discuri, umflături şi grămezi dezordonate de materie, precum şi galaxii roşii în care stelele se formează rar sau nu se formează deloc.

Au existat dovezi anterioare că secvenţa Hubble este valabilă până la 8 miliarde de ani în urmă, afirmă unii autori, dar noile observaţii efectuate extind perioada de timp cu încă 2,5 miliarde de ani înapoi în timpul cosmic, acoperind 80 la sută din istoria Universului.

Studiile anterioare au atins, de asemenea, această perioadă de timp prin analiza galaxiilor de masă mai mică, dar niciunul din aceste studii nu a analizat, în mod convingător, galaxiile mari, mature, cum ar fi Calea Lactee. Noile observaţii efectuate de Lee şi colegii săi confirmă că toate galaxiile timpurii, mari şi mici, respectă secvenţa Hubble de evoluţie, cu numai 2,5 miliarde ani după Big Bang.

„În mod evident, secvenţa Hubble s-a format foarte repede în istoria cosmosului, ea nu a reprezentat un proces lent", adaugă Giavalisco. „Acum trebuie să ne întoarcem înapoi la teorie pentru a încerca să ne dăm seama cum s-a întâmplat aceasta şi de ce".